8

Шина usb

Первая версия была создана в 1996 году.

USB (Universal Serial Bus — универсальная последовательная шина) является промышленным стандартом расширения архитектуры PC для интеграции с телефонией и устройствами бытовой электроники.

USB обеспечивает обмен данными между хост-компьютером и множеством пери­ферийных устройств (ПУ).

Шина обеспечивает подключение до 127 ПУ. Допускает коммутации и вклю­чение/выключение устройств при работающей системе.

Шина USB ориентирована на периферийные устройства, подключаемые к PC. Изохронные передачи USB позволяют передавать цифровые аудиосигналы и видеоданные. Все передачи управляются централизо­ванно.

Скорость передачи информации делится на следующие виды (LS, FS, HS):

1. низкая скорость LS (Low Speed) — 1,5 Мбит/с.

2. полная скорость FS (full speed) — 12 Мбит/с

3. высокая скорость HS (High Speed) — 480 Мбит/с,

В одной и той же системе могут присутство­вать и одновременно работать устройства со всеми тремя скоростями. Шина с ис­пользованием промежуточных хабов позволяет соединять устройства, удаленные от компьютера на расстояние до 25 м.

Устройство USB должно иметь интерфейс USB, обеспечивающий полную поддержку протокола USB, вы­полнение стандартных операций (конфигурирование и сброс) и предоставление информации, описывающей устройство. Работой всей системы USB управляет хост-контроллер (host controller), являющийся программно-аппаратной подсис­темой хост-компьютера.

Шина позволяет: подключать, конфигурировать, исполь­зовать и отключать устройства во время работы хоста и самих устройств.

Шина USB является хост-центрической: единственным ведущим устройством, которое управляет обменом, является хост-компьютер, а все присоединенные к ней периферийные устройства — исключительно ведомые.

Физическая топология шины USB — многоярусная звезда. Ее вершиной является хост-контроллер, объе­диненный с корневым хабом (root hub), как правило, двухпортовым. Хаб являет­ся устройством-разветвителем, он может являться и источником питания для подключенных к нему устройств.

Ка­бельное устройство USB простое и изящное. Ка­бель представляет собой две скрученные пары: по одной паре происходит передача данных в каждом направлении (дифференциальное включение), а другая есть линия питания (+5 V). Благодаря встроенным линиям питания, обеспечивающим ток до 500 мА, USB часто позволяет применять устройства без собственного блока питания (если эти устройства потребляют ток силой не более 500 мА).

Кабель USB содержит одну экрани­рованную витую пару с импедансом 90 Ом для сигнальных цепей и одну неэкранированную для подачи питания (+5 В), допустимая длина сегмента — до 5 м.

Система кабелей и коннекторов USB не дает возможно­сти ошибиться при подключении устройств (рис. 4.1, а и б). Для распознавания разъема USB на корпусе устройства ставится стандартное символическое обозна­чение (рис. 4.1, в). Гнезда типа «А» устанавливаются только на нисходящих пор­тах хабов, вилки типа «А» — на шнурах периферийных устройств или восходящих портов хабов. Гнезда и вилки типа «В» используются только для шнуров, отсоединяемых от периферийных устройств и восходящих портов хабов (от «мел­ких» устройств — мышей, клавиатур и т. п. кабели, как правило, не отсоединяются). Кроме стандартных разъемов, показанных на рисунке 4.1, применяются и мини­атюрные варианты.

Рис.4.1

а б в г д

Рис. 4.2. Гнезда USB: а — типа «А», б — типа «В» стандартное, в,г,д — миниатюрные типа «В»

Хаб является ключевым элементом системы PnP в архитектуре USB. Хаб выпол­няет множество функций:

• обеспечивает физическое подключение устройств, формируя и воспринимая сигналы в соответствии со спецификацией шины на каждом из своих портов;

• управляет подачей питающего напряжения на нисходящие порты, причем пре­дусматривается установка ограничения на ток, потребляемый каждым портом;

• отслеживает состояние подключенных к нему устройств, уведомляя хост об изменениях;

• обнаруживает ошибки на шине, выполняет процедуры восстановления и изолирует неисправные сегменты шины;

• обеспечивает связь сегментов шины, работающих на разных скоростях.

Хабы могут иметь световые индикаторы состояния нисходящих портов, управляемые автоматически (логикой хаба) или программно (хост-контроллером). Индикатор может представлять собой пару светодиодов — зеленый и желтый (янтарный) или один светодиод с изменяющимся цветом. Состояние порта пред­ставляется следующим образом:

• не светится — порт не используется;

• зеленый — нормальная работа;

• желтый — ошибка;

• зеленый мигающий — программа требует внимания пользователя (Software attention);

• желтый мигающий — аппаратура требует внимания пользователя (Hardware attention).

Важной функцией USB является управление энергопотреблением. Любое устройство при подключении не должно потреблять от шины ток, превышающий 100 мА. Рабо­чий ток (не более 500 мА) заявляется в конфигурации. Если хаб не может обеспе­чить устройству заявленный ток, оно не конфигурируется и не может быть использовано.

Устройство USB должно поддерживать режим приостановки (suspended mode), в котором его потребляемый ток не превышает 500 мкА. Устройство должно автоматически приостанавливаться при прекращении активности шины.

Рис. 4.3. Пример конфигурации соединений